第一讲电视原理(11-12)

1、1 电视原理 2 教材与参考书目教材与参考书目 v教材教材 电视原理电视原理（高等学校电子信息类规划教材）（高等学校电子信息类规划教材） 俞斯乐俞斯乐 等等 国防工业出版社国防工业出版社 第第6版版 2005年年 v参考书目参考书目 v数字电视技术基础数字电视技术基础惠新标等编惠新标等编 电子工业出版社电子工业出版社 v彩色电视原理彩色电视原理杨琳杨琳 等编等编 东南大学出版社东南大学出版社 v数字视频技术及其应用数字视频技术及其应用黎洪松黎洪松 清华大学出版社清华大学出版社 3 内容简介内容简介 v本课程是电子信息类电子信息工程、通信工本课程是电子信息类电子信息工程、通信工 程和相近专业学生

2、的一门专业主干课程，目程和相近专业学生的一门专业主干课程，目 的是使学生掌握的是使学生掌握电视系统的基本原理电视系统的基本原理，因为，因为 它是专业课程专业知识的综合体现。它是专业课程专业知识的综合体现。 v本课程对电视系统从基本原理、图像摄取、本课程对电视系统从基本原理、图像摄取、 处理、传输、存储、重现做较为系统的分析处理、传输、存储、重现做较为系统的分析 。 4 俄裔德国科学家尼普科夫于俄裔德国科学家尼普科夫于1884 年发明了年发明了“尼普科夫圆盘尼普科夫圆盘”， 并申请了专利，提出了电视并申请了专利，提出了电视 工作的三个基本要素：工作的三个基本要素： v把图像分解成像素，逐个传输把

3、图像分解成像素，逐个传输 v像素的传输逐行进行像素的传输逐行进行 用画面传送运动的过程时，许用画面传送运动的过程时，许 多画面快速逐一出现，在眼中多画面快速逐一出现，在眼中 这个过程融合为一。这个过程融合为一。 电视的发展电视的发展 5 v电视的诞生，是电视的诞生，是20世世 纪人类最伟大的发明纪人类最伟大的发明 之一。之一。1925年，苏格年，苏格 兰发明家约翰兰发明家约翰.洛吉洛吉.贝贝 尔德用自行装置的机尔德用自行装置的机 械电视设备，第一次械电视设备，第一次 将移动的图像传向远将移动的图像传向远 处的接收机现场。处的接收机现场。 电视的诞生电视的诞生 6 v1925年年10月月2日，位

4、于伦敦一间顶楼的临时实日，位于伦敦一间顶楼的临时实 验室里，贝尔德用摄像机扫描了一个木偶的验室里，贝尔德用摄像机扫描了一个木偶的 头部。他欣喜地发现，木偶的头部被闪烁不头部。他欣喜地发现，木偶的头部被闪烁不 定地复制在他安置于另一间屋子的荧屏上。定地复制在他安置于另一间屋子的荧屏上。 于是，他飞快地跑出实验室，临时雇了一个于是，他飞快地跑出实验室，临时雇了一个 小伙计坐在他的摄像机前，重复他的实验。小伙计坐在他的摄像机前，重复他的实验。 这位名叫威廉这位名叫威廉.泰因顿的年轻小伙子幸运地成泰因顿的年轻小伙子幸运地成 为历史上第一个出现在电视上的人。为历史上第一个出现在电视上的人。 7 8 19

5、26年年1月，贝尔德在伦敦皇家科学研究所首次示范电视技术。月，贝尔德在伦敦皇家科学研究所首次示范电视技术。 9 v1908年，英国肯培尔、斯文顿、俄国罗申科夫提出电子扫年，英国肯培尔、斯文顿、俄国罗申科夫提出电子扫 描原理，奠定了近代电视技术的理论基础。描原理，奠定了近代电视技术的理论基础。 v1923年，美籍俄国人兹沃尔金（年，美籍俄国人兹沃尔金（V.K.Zworykin）发明静电）发明静电 积贮式摄像管和电子扫描式显像管。积贮式摄像管和电子扫描式显像管。 10 最早的电视广播最早的电视广播 v 最早的电视广播于最早的电视广播于1929年在伦敦开播，使用了约年在伦敦开播，使用了约 翰翰洛吉洛

6、吉贝尔德建造的系统。画面引起了一阵轰动，贝尔德建造的系统。画面引起了一阵轰动， 但它们一点儿也不像现代的电视广播。现代彩色但它们一点儿也不像现代的电视广播。现代彩色 电视画面是由电视画面是由500至至1000条以上的扫描线组合起条以上的扫描线组合起 来的。贝尔德的画面只有来的。贝尔德的画面只有30条扫描线，并且是黑条扫描线，并且是黑 白两种颜色，这使得画面非常模糊。白两种颜色，这使得画面非常模糊。 v 世界上最早的电视台是世界上最早的电视台是1936年年11月月2日在伦敦郊日在伦敦郊 外亚历山大宫建立的大众电视台。我国第一座电外亚历山大宫建立的大众电视台。我国第一座电 视台是视台是1958年年

7、5月月1日试运行的北京电视台，也就日试运行的北京电视台，也就 是现在的中央电视台。是现在的中央电视台。 11 1958年国营天津无线电年国营天津无线电 厂（后改为天津通信广播公司）厂（后改为天津通信广播公司） 研制的中国第一台研制的中国第一台 电视接收机电视接收机实地接收试验成功。实地接收试验成功。 12 电视技术的发展 电视技术本身： v第一代黑白电视（20世纪20年代） v第二代彩色电视（20世纪40年代） v第三代高清晰度电视（20世纪80年代） 13 信号处理技术： v第一代模拟电视 v第二代数字处理电视 v第三代数字电视 电路工艺： v第一代电子管 v第二代晶体管 v第三代大规模集成

8、电路 14 传输媒介： v单一的地面微波 v扩充到电缆、卫星、网络、无线移动 功能覆盖： v单一的活动图像广播 v扩充到数据广播、视频点播、收费电视、 立体电视、多视点视频等 15 电视技术的特点： v快速发展 v模拟、数字电视并存 v各种制式群雄并起 v各类设备争奇斗艳 v多学科综合的、代表性的电子信息工程技术 （电子学，大规模集成电路、光学、人类视觉科学 电磁学、材料科学、卫星技术、数字信号处理、色 彩学、） v深入日常生活，可见可感 v构思奇巧、实现精到 v有助于实现基础知识的贯穿和系统概念的建立 16 v本课程的基本要求有：本课程的基本要求有： v掌握电视学基础：光度学、色度学；掌握电

9、视学基础：光度学、色度学； v掌握电视传象的基本原理及其基本视频标准；掌握电视传象的基本原理及其基本视频标准； v了解电视制式的基本内容，以及了解电视制式的基本内容，以及NTSC、PAL、 SECAM制的根本区别，掌握制的根本区别，掌握PAL制编码及制编码及PALD 解码；解码； v掌握广播电视系统的基本参数及其制定的理论掌握广播电视系统的基本参数及其制定的理论 依据；依据； v了解电视中心台结构及其电路校正，掌握电视了解电视中心台结构及其电路校正，掌握电视 发射原理及其标准；发射原理及其标准； v掌握掌握PALD彩色电视接收机的组成原理及其典型彩色电视接收机的组成原理及其典型 电路分析方法；

10、电路分析方法； 17 1.1 光的特性光的特性 1.2 人眼的视觉特性人眼的视觉特性 1.3 三基色原理与色度图三基色原理与色度图 1.4 彩色的重现彩色的重现 第一章 视觉特性与三基色原理 18 本章重点、难点 v重点：人眼的视觉特性，三基色混色原理 v难点：色度图 19 v电视：根据人眼视觉特性以一定的信号形式 实时传送活动景物图像的技术。 电视摄像机 （光电转换） 景物 处理设备 传输信道 接收设备 电视显示器 （电光转换） 观看者 20 v电视技术的精髓就是研究如何用最经济、最 有效的方法重现光像，能够使人感到最逼真 地模拟实际景物的光像。 v为使使重现光像逼真地模拟实际景物的光像 必

11、须首先了解光特性，了解人对光像的感觉 特性。 21 1.1 光的特性 1.1.1电磁辐射与可见光谱 1.光的本质 光是一种以电磁波形式存在的物质。 2.可见光 可见光可见光 22 对于不同波长的光，人眼有不同的颜色感觉，随着 可见光波长由长到短，呈现的颜色依次为： 红-橙-黄-绿-青-蓝-紫 3.单色光单色光:只含有单一波长的光； 复合光复合光:包含两种或两种以上波长成分的光，复合 光作用于人眼，呈现混合色。 例： 太阳光是一种复合光，由七种单色光组成 给人以白光的综合感觉。 23 4、谱色光、谱色光 v太阳发出的白光中包含了所有的可见光，若把太阳辐射的一束光投射到太阳发出的白光中包含了所有的

12、可见光，若把太阳辐射的一束光投射到 棱镜上，太阳光会经过棱镜分解成一组按棱镜上，太阳光会经过棱镜分解成一组按 顺序排列的连续光谱，被分解之后的色光，若再次经过棱镜，就不能再顺序排列的连续光谱，被分解之后的色光，若再次经过棱镜，就不能再 分解了，这种单一波长的色光称分解了，这种单一波长的色光称谱色光谱色光 24 5 5、彩色感觉：、彩色感觉： 1.1.人眼的人眼的主观主观视觉效果视觉效果 2.2.物体、光源属性的等物体、光源属性的等客观客观条件条件 （光源的光谱成分以及景物反射或吸收光谱成分的光源的光谱成分以及景物反射或吸收光谱成分的 特性。）特性。） 例：太阳光下呈现绿色的叶子，拿到红光下观察

13、就例：太阳光下呈现绿色的叶子，拿到红光下观察就 变成黑色。变成黑色。 v为了真实重现彩色景物需要研究为了真实重现彩色景物需要研究光源光源。光源。光源 包括太阳光和人造光源。包括太阳光和人造光源。白光白光 25 太阳光辐射功率波谱 v人造光源类似太阳光人造光源类似太阳光 的光，但是又不尽相的光，但是又不尽相 同，怎样描述？同，怎样描述？ 26 1.1.色温色温 a.a.色温的概念色温的概念 （1 1） 色温：色温：当当绝对黑体绝对黑体在某一特定绝对温度下，其在某一特定绝对温度下，其 辐射的辐射的相对光谱功率分布相对光谱功率分布与某一光源的光谱相同时，与某一光源的光谱相同时， 则完全辐射体的这一特

14、定温度称为光源的色温，单则完全辐射体的这一特定温度称为光源的色温，单 位是位是（K K）； （2 2）相关色温相关色温：在某一特定温度下，绝对黑体与光源在某一特定温度下，绝对黑体与光源 有相近的光谱功率分布有相近的光谱功率分布 色温表征光源光谱特性的参量色温表征光源光谱特性的参量 1.1.2 1.1.2 光源光源 27 2. 2.标准照明体和标准光源标准照明体和标准光源 照明体：照明体：具有特定的相对光谱功率分布的光；具有特定的相对光谱功率分布的光； 光源：光源：发光物体发光物体 为了比较和区别各种光源，为了比较和区别各种光源，CIECIE规定了规定了5 5种标准照明体以及相应的标准光源：种标

15、准照明体以及相应的标准光源： 标准照明体标准照明体代表代表模拟模拟 A A色温于色温于2856K2856K完全辐射体的光完全辐射体的光近日出或日落时之日光近日出或日落时之日光 C C色温约色温约6774K6774K的平均日光的平均日光相似北方相似北方4545度仰角之日光度仰角之日光 D D55 55 色温约色温约5503K5503K的日光的日光印刷工艺用之标准光印刷工艺用之标准光 D D65 65 色温约色温约6504K6504K的日光的日光平均太阳光平均太阳光 D D75 75 色温约色温约7504K7504K的日光的日光相似北方天空之日光相似北方天空之日光 28 各标准照明体的相对光谱功率

16、分布：各标准照明体的相对光谱功率分布： 色度学中：色度学中： 等能白光等能白光E E白白光谱范围光谱范围 内的所有波长的光都具有相内的所有波长的光都具有相 同的辐射功同的辐射功 率时形成的白光，率时形成的白光， 用以简化色度学的计算。用以简化色度学的计算。 29 这些标准照明体是通过相应的标准光源来实现的：这些标准照明体是通过相应的标准光源来实现的： 标准光源标准光源A A：由分布温度为：由分布温度为2856K2856K的透明壳充气钨丝的透明壳充气钨丝 灯来实灯来实 现，现， 标准光源标准光源C C：是分布温度为：是分布温度为6774K6774K的光源，由标准光的光源，由标准光 源源A A和特

17、制的滤光器组合来实现；和特制的滤光器组合来实现； 另外三种标准照明体目前还没有相应的规定的人工光源另外三种标准照明体目前还没有相应的规定的人工光源 30 1.2 人眼的视觉特性 电影、黑白及彩色电视技术，均是利用了人眼视觉的某些特性 而实现的，因此电视系统的特性应该与人眼的视觉特性相适 应，因此这一节我们将学习人眼的视觉特性： 1.2.1 眼睛的构造； 1.2.2 光的度量； 1.2.3 亮度、彩色与立体视觉； 1.2.4 眼睛的视觉范围与视亮度； 1.2.5 人眼的分辨力与空间频率响应； 1.2.6 视觉惰性与闪烁感觉； 31 1.2.1 眼睛的构造 人的视网膜通过神经元来感知外部世界的颜色

18、。人的视网膜通过神经元来感知外部世界的颜色。 32 视网膜层由大量的光敏胞组成。视网膜层由大量的光敏胞组成。 杆体细胞：主要分布于视网膜的边缘，杆体细胞：主要分布于视网膜的边缘， 在较暗的情况下在较暗的情况下 ，能辨形，但不能辨色，能辨形，但不能辨色 晚上起重要作用晚上起重要作用 椎体细胞：主要分布于视网膜中心椎体细胞：主要分布于视网膜中心 在较亮的情况下，既能辨形也能辨色在较亮的情况下，既能辨形也能辨色 白天起重要作用白天起重要作用 这些光敏细胞受到光的刺激，会产生生物信号，这些生物信号传输到大脑这些光敏细胞受到光的刺激，会产生生物信号，这些生物信号传输到大脑 形成视觉形成视觉 视网膜层的作

19、用：完成视网膜层的作用：完成“光电转换光电转换” 33 1.2.2 1.2.2 光的度量光的度量 本小节主要介绍本小节主要介绍从人眼的角度度量光从人眼的角度度量光，以及光度学的几个基本度量单位。，以及光度学的几个基本度量单位。 视觉效应由可见光刺激人眼引起的：视觉效应由可见光刺激人眼引起的： a.a.在可见光范围内，同一波长的光，辐射功率不同时，给人的亮度在可见光范围内，同一波长的光，辐射功率不同时，给人的亮度 感觉是不相同的；感觉是不相同的； b.b.辐射功率相同、波长不同的光，给人的亮度感觉也是不同辐射功率相同、波长不同的光，给人的亮度感觉也是不同 实践证明：实践证明：黄绿黄绿色色人眼感到

20、最人眼感到最亮（最灵敏），亮（最灵敏）， 红红色和色和紫紫色色人眼感到最人眼感到最暗（最迟钝）暗（最迟钝）。 也就是说人眼对不同波长的光有不同的敏感度。也就是说人眼对不同波长的光有不同的敏感度。 34 （1 1）光谱光视效能）光谱光视效能 产生相同亮度感觉情况下，各波长产生相同亮度感觉情况下，各波长光的辐射功率光的辐射功率为为 。 越大，人眼对该波长的光敏感程度越低，越大，人眼对该波长的光敏感程度越低， 反之，反之， 越小，人眼对该波长光的敏感程度越高，因此越小，人眼对该波长光的敏感程度越高，因此: : 光谱光视效能：光谱光视效能：K()K()= = 1 /1 /()() 用来衡量视觉对波长为

21、用来衡量视觉对波长为的光的敏感程度。的光的敏感程度。 （2 2）光谱光视效率（相对视敏度）光谱光视效率（相对视敏度） 波长为波长为555nm555nm的黄绿色光具有最大的光谱光视效能，因此的黄绿色光具有最大的光谱光视效能，因此: : 光谱光视效率光谱光视效率: : 也可用获得相同主观亮度感觉所需各波长光的辐射功率表示：也可用获得相同主观亮度感觉所需各波长光的辐射功率表示： V V V m K K K K V 555 )( VV V/555 1.1.视觉光谱光视效率视觉光谱光视效率 曲线曲线)(V 35 该曲线反映的是人眼对相同辐射功率、不同波长的光的敏感程度该曲线反映的是人眼对相同辐射功率、不

22、同波长的光的敏感程度 （也就是人眼产生的亮度感觉）；（也就是人眼产生的亮度感觉）； 对于明视觉，人眼最敏感的是波长为对于明视觉，人眼最敏感的是波长为555555的黄绿光，此时的光谱光的黄绿光，此时的光谱光 视效率为视效率为1 1；而在暗视觉条件下，人眼的主观亮度感觉会有所变化；而在暗视觉条件下，人眼的主观亮度感觉会有所变化； 或或 时，人眼没有亮度感觉了。时，人眼没有亮度感觉了。 nm760nm400 36 2.2.光度学中的几个度量单位光度学中的几个度量单位 发光强度发光强度：光源在指定方向的单位立体角内发出的光通量：光源在指定方向的单位立体角内发出的光通量 符号：符号：I I单位：单位：c

23、dcd 光源在给定方向上发出波长光源在给定方向上发出波长555 nm555 nm的单色辐射，且在此方的单色辐射，且在此方 向上的辐射功率为（向上的辐射功率为（1/683W/sr1/683W/sr，则称该光源在此方向，则称该光源在此方向 上的发光强度为上的发光强度为 1 cd1 cd。 cdcd是国际单位制的一个基本单位。是国际单位制的一个基本单位。 37 光通量光通量: :按人眼来度量的辐射功率按人眼来度量的辐射功率 符号：符号： 单位：单位：lmlm 1 1流明等于发光强度为流明等于发光强度为1 cd1 cd的点光源，在的点光源，在1 1球面度立体角内发球面度立体角内发 射的光通量。射的光通量。 1 lm = 1 cdsr 1 lm = 1 cdsr 波长波长555nm555nm的